Ερευνητές εντοπίζουν την προέλευση των ποικιλιών ελιάς σε τέσσερις κύριους γενετικούς προγόνους

Ερευνητές στην Ισπανία δημιούργησαν έναν «άτλαντα καταγωγής της ελιάς», τον πρώτο του είδους του, ο οποίος παρέχει μια λεπτομερή, και ενίοτε εκπληκτική, εικόνα του τρόπου με τον οποίο οι καλλιεργούμενες ελιές συνδέονται γενετικά σε ολόκληρη τη Μεσόγειο και πέραν αυτής.

Η έρευνα ανακατασκευάζει εκατοντάδες σχέσεις γονέων-απογόνων και προσδιορίζει μοτίβα καταγωγής που, σε ορισμένες περιπτώσεις, παρέμεναν ασαφή για αιώνες. Τα αποτελέσματα παρέχουν νέες λεπτομέρειες σχετικά με την προέλευση και τη διάδοση της ποικιλομορφίας της ελιάς, προσφέροντας παράλληλα πρακτικά δεδομένα με άμεσες εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο.

«Θέλαμε ένα γενεαλογικό δέντρο που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν στην πράξη οι καλλιεργητές και οι διαχειριστές τραπεζών γενετικού υλικού.» – Francisco Jesús Gómez-Gálvez, ερευνητής

Σύμφωνα με τον Francisco Jesús Gómez-Gálvez, τον κύριο συγγραφέα της μελέτης, η εργασία προέκυψε από την καθημερινή έρευνα στην Παγκόσμια Τράπεζα Γενετικού Υλικού Ελιάς της Κόρδοβα (WOGBC), μία από τις μεγαλύτερες συλλογές του είδους στον κόσμο.

Για αρκετά χρόνια, η ομάδα της WOGBC πραγματοποίησε γονότυπηση ολόκληρης της συλλογής, καθώς και του νέου υλικού που συλλέχθηκε, χρησιμοποιώντας το ίδιο σύνολο 96 δεικτών DNA νέας γενιάς. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να διακρίνουν τις πραγματικά διακριτές ποικιλίες από τα αντίγραφα που διατηρούνταν με διαφορετικές ονομασίες.

Το σύνολο δεδομένων που προέκυψε, όπως ανέφερε ο Gómez-Gálvez, «ήταν κάτι που κανείς δεν είχε στη διάθεσή του μέχρι τότε: περίπου 840 διακριτές ποικιλίες από όλη τη Μεσόγειο και πέραν αυτής, όλες γενετικά χαρακτηρισμένες με τον ίδιο ακριβώς τρόπο».

Κατά την ανασκόπηση της επιστημονικής βιβλιογραφίας, ο Gómez-Gálvez εντόπισε μελέτες γενεαλογίας για την αμπέλου και το μήλο, οι οποίες χρησιμοποιούσαν δείκτες SNP για την ανακατασκευή των γενεαλογικών δέντρων μεγάλου αριθμού ποικιλιών. Η ιδέα της δημιουργίας ενός παρόμοιου άτλαντα για τις ελιές άρχισε να παίρνει σάρκα και οστά.

Αναγνωρίζοντας την πρακτική και επιστημονική αξία του έργου, ξεκίνησε βασική έρευνα που τελικά οδήγησε στη μελέτη που δημοσιεύθηκε φέτος στο BMC Plant Biology.

«Θέλαμε ένα γενεαλογικό δέντρο που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν στην πράξη οι καλλιεργητές και οι διαχειριστές γενετικών τραπεζών», εξήγησε. «Υπάρχει επίσης ένα πρακτικό ζήτημα πίσω από αυτό. Πολλές από τις νέες ποικιλίες που έχουν δημιουργηθεί για τους σύγχρονους οπωρώνες υψηλής πυκνότητας προέρχονται άμεσα ή έμμεσα από μία μόνο ποικιλία, την Arbequina. Αν θέλεις να διατηρήσεις τη βιοποικιλότητα στα προγράμματα βελτίωσης, πρέπει πρώτα να γνωρίζεις πώς σχετίζονται οι ποικιλίες μεταξύ τους».

Η μελέτη προσδιόρισε τέσσερις κύριες ποικιλίες-προγόνους: Gordal Sevillana, Safrawi, Toffehi Tataouine και Lechín de Granada.

Συνολικά, οι τέσσερις αυτές ποικιλίες ήταν οι πιο πιθανές γονικές ποικιλίες για 132 από τους 280 απογόνους που ταξινομήθηκαν με βεβαιότητα, ήτοι το 47,5% του συνόλου. Από αυτές, η Toffehi Tataouine δεν είχε ποτέ στο παρελθόν θεωρηθεί ότι κατείχε τόσο σημαντική θέση στην ιστορία της ελαιοκαλλιέργειας.

Η Gordal Sevillana θεωρήθηκε υποψήφια γονική ποικιλία σε 91 αξιόπιστα τρίο και 12 διαφορετικά γονικά ζεύγη, με μόλις τρία ζεύγη να αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μέρος των απογόνων της.

Η Gordal Sevillana και η Lechín de Granada αναγνωρίστηκαν ως το πιο πιθανό γονικό ζεύγος για 53 ποικιλίες, κυρίως από τη νοτιοδυτική Μεσόγειο. Σε αυτές περιλαμβάνονται οι «Manzanilla de Sevilla», «Cornicabra», «Cordovil de Serpa» και «Picholine Marocaine», καθώς και η «Azapa», μια νοτιοαμερικανική ποικιλία που είναι διαδεδομένη στη Χιλή και το Περού.

Η ανακάλυψη της καταγωγής της Azapa οδήγησε τους ερευνητές να υποθέσουν ότι αρχαίες μεσογειακές ποικιλίες, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων που θεωρούνταν χαμένες, ενδέχεται να έχουν διατηρηθεί στην Αμερική, όπου υπέστησαν περαιτέρω τοπική διαφοροποίηση μετά την εισαγωγή τους.

Σε συνδυασμό με την «Toffehi Tataouine» —ένας συνδυασμός που δεν είχε αναφερθεί προηγουμένως— η «Gordal Sevillana» συνδέθηκε με 19 ποικιλίες, κυρίως από τη βόρεια Ισπανία, αλλά και με την «Amargoso» στη νότια Ισπανία, την «Grossanne» στη Γαλλία και την «Abunara» στη Σικελία.

Με το «Morchiaio», οι συγγραφείς εντόπισαν 10 απογόνους, κυρίως από τα Βαλκάνια, συμπεριλαμβανομένων των «Buga» και «Oblica», καθώς και της ιταλικής «Ascolana Tenera».

Τα δεδομένα χλωροπλάστη έδειξαν ότι η Gordal Sevillana ήταν ο δότης γύρης στη διασταύρωσή της με τη Lechín de Granada, ρόλο που οι συγγραφείς πιστεύουν ότι διαδραμάτισε στις περισσότερες από αυτές τις διασταυρώσεις, ενισχύοντας την ταξινόμησή της ως αρσενικού ιδρυτή.

Η ποικιλία Safrawi προσδιορίστηκε ως υποψήφιος γονέας σε 14 γονικά ζεύγη, δημιουργώντας 34 διαφορετικούς απογόνους. Οι απόγονοί της ήταν οι πιο ευρέως διαδεδομένοι μεταξύ εκείνων των τεσσάρων ιδρυτών και περιλαμβάνουν την Karydolia στην Ελλάδα, τη Rowghani στο Ιράν, τη Gerboui στην Τυνησία και τη Farga στην Ισπανία.

Από τους τέσσερις ιδρυτές, το Safrawi ήταν επίσης αυτό που συνήθως προσδιοριζόταν σε γονικά ζεύγη που παρήγαγαν περισσότερους από έναν απογόνους.

Το Toffehi Tataouine, το οποίο περιγράφεται από τον Gómez-Gálvez ως «ξεχασμένος ιδρυτής» και πρόσφατα ταυτίστηκε γενετικά με ένα αρχαίο δέντρο στη βόρεια Ισπανία, είναι μια ελάχιστα γνωστή ποικιλία από τη νότια Τυνησία.

Εμφανίστηκε σε τέσσερα γονικά ζεύγη. Εκτός από τον συνδυασμό της με τη «Gordal Sevillana», ο πιο παραγωγικός συνδυασμός της ήταν με τη «Safrawi», ο οποίος παρήγαγε 11 απογόνους. Μαζί με τις ποικιλίες της βόρειας Ισπανίας «Claramunt» και «Domengues», αυτοί οι απόγονοι περιλαμβάνουν την τουρκική «Ayvalik» και αρκετές ελληνικές και αλβανικές ποικιλίες.

Η Lechín de Granada, συνώνυμη με την ελληνική ποικιλία Dafnelia, ταυτοποιήθηκε ως υποθετική γονική ποικιλία 57 ποικιλιών στη νοτιοδυτική Μεσόγειο, οι περισσότερες από τις οποίες προέρχονται από τη διασταύρωσή της με την Gordal Sevillana.

Άλλοι συνδυασμοί περιλαμβάνουν τη «Safrawi», την «Genovesa» της ανατολικής Ισπανίας —η οποία αποτελεί η ίδια γονέα της εμπορικής ποικιλίας «Changlot Real»—, την αιγυπτιακή «Sebhawy» και την ιταλική «Rotondella di Melfi».

Ο Γκόμεζ-Γάλβεζ ανέφερε ότι οι ερευνητές διαβλέπουν μια σειρά πρακτικών εφαρμογών για το έργο τους, τόσο άμεσων όσο και μακροπρόθεσμων.

Δεδομένου ότι πολλές αναδυόμενες ποικιλίες για συστήματα φράχτων υψηλής πυκνότητας είναι άμεσοι ή έμμεσοι απόγονοι της Arbequina, υπάρχει ανησυχία για πιθανή συρρίκνωση της γενετικής βάσης.

Η δημιουργία ποικιλιών χαμηλής βλαστικής δύναμης κατάλληλων για συστήματα φράχτων υψηλής πυκνότητας, καθώς και η επαναλαμβανόμενη χρήση της «Arbequina» και συναφούς γενετικού υλικού, μπορεί να αυξήσει την αποδοτικότητα των συστημάτων αυτών. Ωστόσο, η επαναλαμβανόμενη εξάρτηση από στενά συγγενείς προγόνους μπορεί επίσης να αυξήσει τη γενετική ομοιομορφία.

Η γενετική ομοιομορφία μπορεί να περιορίσει την ικανότητα των φυτών να προσαρμόζονται σε βιοτικές και αβιοτικές πιέσεις, αυξάνοντας ενδεχομένως την ευπάθεια σε νέα παράσιτα, ασθένειες και περιβαλλοντικές αλλαγές.

Οι συγγραφείς δεν ισχυρίζονται ότι τέτοιες επιδράσεις έχουν αποδειχθεί στις ελιές. Ωστόσο, σημειώνουν ότι, ενώ η κατάθλιψη λόγω ενδογαμίας δεν έχει ακόμη τεκμηριωθεί στην καλλιέργεια αυτή, έχει αναφερθεί ευρέως σε άλλα ξυλώδη είδη, όπου μπορεί να μειώσει τη ζωτικότητα, την άνθηση και την καρποφορία και να συμβάλει στην αποβολή των καρπών, στη μειωμένη βλάστηση των σπόρων και επιβίωση των δενδρυλλίων, στην ανώμαλη ανάπτυξη και στην απώλεια της αντοχής στις ασθένειες.

Μια ολοκληρωμένη και αξιόπιστη πηγή αναφοράς, όπως ο άτλας γονιδιακής καταγωγής της ελιάς, θα μπορούσε επομένως να βοηθήσει τους γενετιστές να διευρύνουν τη γενετική βάση, διατηρώντας παράλληλα τα επιθυμητά χαρακτηριστικά, επιτρέποντάς τους να επιλέγουν γονείς που δεν είναι πολύ στενά συγγενείς.

«Οι ποικιλίες Arróniz, Rotondella di Melfi και Zeitoun Boubezzoula, οι οποίες έχουν δείξει δυνατότητες για συστήματα φράχτη, αποτελούν παραδείγματα γενετικά διαφοροποιημένου υλικού που θα μπορούσε να διερευνηθεί περαιτέρω ως εναλλακτική λύση έναντι της ευρείας χρήσης της Arbequina», έγραψαν οι συγγραφείς.

Η ελιά διαθέτει ένα σύστημα αυτοασυμβατότητας που περιλαμβάνει δύο ομάδες, την G1 και την G2. Μια ποικιλία από τη μία ομάδα είναι συμβατή μόνο με ποικιλίες από την άλλη. Η αξιόπιστη ταυτοποίηση της ομάδας μιας ποικιλίας μπορεί, επομένως, να αυξήσει την αποτελεσματικότητα και την ταχύτητα των προγραμμάτων βελτίωσης.

Ομοίως, όταν ένας γενετιστής σπέρνει σπόρους που έχουν παραχθεί μέσω ανοικτής επικονίασης, είναι γνωστή μόνο η μητέρα. Τα ακριβή δεδομένα γενεαλογίας μπορούν να βοηθήσουν στον προσδιορισμό του πιθανού πατέρα.

Στην περιοχή της Απουλίας στην Ιταλία, η οποία έχει προσβληθεί από το Xylella fastidiosa, για παράδειγμα, δύο ανθεκτικές ποικιλίες που χρησιμοποιούνται για την αντικατάσταση ευπαθών δέντρων είναι η Favolosa και η Leccino.

Ο άτλας αντιστοιχίζει τη «Favolosa», που προέρχεται από σπόρους «Frantoio», σε μια διασταύρωση «Frantoio-Ascolana Tenera» με υψηλή βαθμολογία, καταδεικνύοντας πώς τα δεδομένα καταγωγής μπορούν να παρέχουν πρόσθετες πληροφορίες σε περιπτώσεις ιδιαίτερης αγρονομικής σημασίας.

Οι ερευνητές θεωρούν επίσης τον άτλαντα ως ένα χρήσιμο εργαλείο για τη διαχείριση των γενετικών τραπεζών. Τα γενεαλογικά δέντρα μπορούν να καθοδηγήσουν την επιλογή των συλλογών και να βοηθήσουν στον προσδιορισμό της προέλευσης υλικού με ελλιπή ή ελλείποντα αρχεία.

Πρόσθεσαν ότι οι τέσσερις ιδρυτικές ποικιλίες που προσδιορίστηκαν στη μελέτη θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως σημεία αναφοράς κατά τη λήψη αποφάσεων σχετικά με τις ποικιλίες που θα υποβληθούν σε αλληλούχιση, καθώς τα γονιδιώματά τους μπορούν να βοηθήσουν στην εξαγωγή συμπερασμάτων για τα ελλείποντα γενετικά δεδομένα σε συγγενείς ποικιλίες.

Αν και ο άτλας γονιδιακής καταγωγής της ελιάς είναι ήδη εκτενής, ο Gómez-Gálvez πιστεύει ότι απομένει ακόμη πολλή δουλειά.

Προσδιόρισε ως σημαντικό επόμενο βήμα τον συνδυασμό των πληροφοριών γενεαλογικού δέντρου με γονιδιωματικά και φαινοτυπικά δεδομένα — συμπεριλαμβανομένων της περιόδου ανθοφορίας, των χαρακτηριστικών των καρπών, της ανθεκτικότητας στις ασθένειες, της σύνθεσης του ελαιολάδου και της προσαρμογής στην ξηρασία.

«Η γνώση του τρόπου με τον οποίο σχετίζονται οι ποικιλίες παρέχει ένα ιστορικό και γενετικό πλαίσιο», ανέφερε. «Ωστόσο, το επόμενο ερώτημα είναι ποια χαρακτηριστικά και αλληλόμορφα έχουν μεταδοθεί μέσω των οικογενειών των ποικιλιών».

Η έρευνα θα μπορούσε επίσης να επεκταθεί με την ενσωμάτωση ποικιλιών από περιοχές που εξακολουθούν να υποεκπροσωπούνται στις γενετικές μελέτες.

«Αυτό θα μπορούσε να αποκαλύψει επιπλέον γονότυπους προγόνων και διαδρομές διαφοροποίησης», δήλωσε ο Γκόμεζ-Γάλβεζ. «Πιστεύουμε ακράδαντα ότι υπάρχει ακόμη τεράστια ποικιλότητα που δεν έχει ακόμη χαρακτηριστεί στην Ανατολική Μεσόγειο».

Η μελέτη προτείνει τη συνεχή ενημέρωση του άτλαντα καθώς γίνεται ο γονότυπος επιπλέον ποικιλιών. Προσδιορίζει επίσης σχέσεις που δεν πληρούσαν τα όρια αξιοπιστίας της μελέτης και απαιτούν περαιτέρω διερεύνηση.

Ένα παράδειγμα αποτελεί μια πιθανή γενεαλογική γραμμή από τις ποικιλίες Lechín de Granada και Gordal Sevillana μέσω των Picual και Hojiblanca, η οποία, σύμφωνα με τους συγγραφείς, θα πρέπει να επανεξεταστεί με τη χρήση συστοιχιών SNP υψηλότερης πυκνότητας ή αλληλούχισης ολόκληρου του γονιδιώματος.

«Η συσσωρευμένη ποικιλομορφία της ελιάς δεν πρέπει να θεωρείται απλώς ως μια συλλογή πολιτιστικής κληρονομιάς», κατέληξε ο Gómez-Gálvez. «Πρόκειται για μια ζωντανή δεξαμενή γενετικών επιλογών. Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο σχετίζεται αυτή η ποικιλομορφία αποτελεί ένα πρώτο βήμα προς την πιο έξυπνη αξιοποίησή της για τη δημιουργία των ποικιλιών που ενδέχεται να χρειαστεί η ελαιοκαλλιέργεια υπό τις μελλοντικές περιβαλλοντικές και παραγωγικές συνθήκες.»